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管道泄漏检测技术及评价

摘 要: 从管道安全生产、 降低事故危害、 操作性及经济性等多角度全方面分析管道泄漏检测诊疗系统应含有基础
特征, 建立评价指标体系, 对常见油气管道泄漏检测技术进行分析评价, 并比较其优缺点。
关键词: 管道; 泄漏; 检测技术; 评价

油气管道输送(管输)在国民经济中占有极其关键战略地位。管输基础要求是安全、 高效。管输一旦发生事故,不仅会造成巨大经济损失,而且会对环境产生严重危害。所以,工业发达国家都非常重视油气管道检测技术研究和开发,重视对在役油气管道实施法制性检测。中国在役长距离油气输送管道总长0km左右,现在多数油气管道已进入中老年期。因为历史原因,这些始建于20世纪六七十年代油气管道,从设计到施工都存在着很多缺点,经过多年运行大都已进入事故多发阶段。为预防管道发生腐蚀穿孔、 爆管等恶性事故发生, 中国每年用于油气管道维修费用达数亿元,且有逐步增加趋势。受检测手段制约,管道损伤情况多数不明,维修手段不科学, 往往造成盲目开挖、 盲目报废,
从而造成人力物力巨大浪费。所以,对于管道检测技术设备需求非常迫切。
从60年代开始,国外工业发达国家已投入数十亿美元用于开展管道检测技术研究,现在已研制出漏滋法、 超声法、 涡流法、 电磁超声法等不一样原理管道检测器达30多个。借鉴国外管道检测技术,研究开发或选择适合中国管道实际情况油气管道检测技术或设备, 将管道安全情况置于运行管理之中,使中国油气管道从现行“过剩维护”、 “不足维护”进入到科学“视情维护”方法,预防恶性事故发生,大幅降低管道维护费用,是非常有必需。 在此,笔者对管道泄漏检测方法作综合介绍。
管道输送石油天然气, 含有高效、 低耗、 连续输送和自动化程度高等优势, 成为目前物流关键形式之一和国民经济和社会发展不可缺乏“生命线”。但因其含有高能高压、 易燃易爆、 有毒有害、 连续作业、 链长面广、 环境复杂等特点, 决定了其安全管理极其关键性。现在天然气管道破坏严重影响了天然气正常工作运输。宁波广强机器人科技有限企业针对天然气管道所处环境专门研制出用于中国管道内部检测检测仪器---广强管道机器人。
1 管道泄漏检测方法介绍
泄漏检测方法通常见来检测管道完整性, 大致可分为生物方法、 硬件方法和软件方法。
1.1 生物方法
生物方法,是指有经验工作人员用肉眼观察、 闻气味、 听声音查出泄漏位置,或专门训练过狗经过辨气味确定泄漏位置。
早期管道渗漏检测方法是有经验技术人员沿管线行走查看管道周围异常情况,闻管道释放出来介质气味,或听介质从管道泄漏时发出声音。这种检测方法结果关键依靠于个人经验和查看前后泄漏发展。另外一个方法是用经过训练、 能够对管道泄漏物质气味很敏感狗进行检测。生物方法无法对管道泄漏进行连续检测,灵敏性较差。
1.2 硬件方法
硬件方法是依靠不一样硬件装置用来辅助检测确定泄漏位置。所用经典装置依据设计原理可分为5种类型: 气体取样检测器、 温度检测器、 声学检测器、 电参数检测器和管内行走检测器。
1.2.1 气体取样检测器
气体取样检测器关键有火焰电离检测器和可燃气体监测器两种。
火焰电离检测器基础工作原理:在有电场存在情况下,烃类( 气态)在纯氢火焰灼烧下产生带电碳原子,碳原子被搜集到一个电极板上并计数;当碳原子数量超出预设值时,则表明周围空气中存在超出了警戒浓度可燃气体,检测器即报警。利用检测有没有可燃性气体方法来确定可燃性气体泄漏,通常采取基于接触燃烧原理可燃性气体检测器,可检测约22.4×104mol/m3气体,常见于气体管道。
可燃气体检测器是一个监视可燃气体独立传感器。它经过扩散作用从空气中取样,利用催化氧化原理产生一个与可燃气体浓度成百分比信号,一旦可燃气体浓度超出爆炸下限20%, 继电器驱动信号便传送到远方控制板上报警器报警。
1.2.2 温度检测器
泄漏会引发管道周围环境温度改变。采取搭载在车辆、 直升机上光谱检测和分析设备,可经过监测泄漏引发烧点检漏。美国佛罗里达技术网络企业利用直升飞机载红外线摄像装置,统计埋地管道周围一些不规则地热辐射效应, 利用光谱分析检测较小泄漏。美国天然气研究所现正致力于利用以激光为基础遥感技术检漏研究,以开发一个能在相当远距离内选择遥感技术快速扫描大幅地域,检测管道气体泄漏产生热点并提供相关图像装置。
多年来优异大面积温度传感器发展使温度检测技术愈加实用。温度传感器, 如多传感器电缆和采取光导纤维光课时间域反射测定法等都被用于检测泄漏周围温度改变。
1.2.3 声学检测器
渗漏发生后,流体流出管道后会发生声音,声波根据管道内流体物理性质决定速度传输开去。声音检测器检测出这种波而发觉泄漏。因为检测范围局限有必需沿管道安装很多声音传感器,这些传感器在管道内检测声音信号,从正常运行声音中判别出泄漏声音。
1.2.4 电参数检测器
电参数检测器关键有电缆阻抗检测和土壤电参数检测两种。
电缆阻抗检测法是由加拿大技术人员所开发。在管道建设时,沿管道铺设一个能与天然气进行某种反应电缆。假如泄漏发生,则泄漏天然气会与电缆发生反应,改变电缆阻抗特征并将此信号传回检测中心。该电缆既是传感器又是信号传输设备,可利用阻抗、 电阻率和长度关系确定泄漏程度和泄漏位置。
泄漏会引发管道周围土壤电参数改变,采取雷达系统( 发射器和接收器) 可经过检测土壤电参数正确定位地下管道泄漏, 即为土壤电参数检测法。
1.2.5 管道机器人
伴随科学技术发展,机器人也在管道检测中得到较为广泛利用。管道机器人是一个可在管道内行走机械,能够携带一个或多个传感器,在操作人员远端控制下进行一系列管道检侧维修作业,是一个理想管道自动化检测装置。一个完整管道检测机器人应该包含移动载体、 视觉系统、 信号传送系统、 动力系统和控制系统。管道机器人利用超声波传感器、 漏磁通传感器等多个检侧传感器进行信息检测,对管道环境进行识别,自动完成检测任务。其关键组成为管道环境识别系统(视觉系统)和移动载体。现在国外管道机器人技术已经发展
得比较成熟,它不仅能进行管道检测, 还含有管道维护与维修等功效, 是一个综合管道检测维修系统。
1.3 软件方法[3]
管道泄漏会引发管道流量压力和温度等运行条件发生改变,据此可对泄漏进行判定。软件方法是利用计算机软件包对传感器或SCADA系统提供管道运行参数改变进行处理分析从而检测管道泄漏。软件方法关键有质量流量平衡法、 压力分布法、 负压波法和瞬变流模型法3大类。
1.3.1 质量流量平衡法
依据质量守恒定律,在管道无泄漏情况下进入管道质量流量等于流出管道质量流量。当泄漏程度达成一定量时,入口和出口就形成显著流量差。检测管道多点位输入和输出流量,或检测管道两端泵站流量并将信号汇总组成质量流量平衡图像,依据图像改变特征就可确定泄露程度和大致位置。
1.3.2 压力分布法
在管道沿线各个截断阀处分别设置传感器,并同时采集压力信号汇总组成该管道整体压力分布图,依据压力曲线梯度特征确定泄漏程度和泄漏位置。
1.3.3 负压波法
在泄漏发生时,泄漏处立刻产生因流体物质损失而引发局部流体密度减小出现瞬时压力降低和速度差,这个瞬时压力下降作用在流体介质上就作为减压波源经过管道和流体介质向泄漏点上下游以声速传输。当以泄漏前压力作为参考标按时,泄漏时产生减压波就称为负压波,其传输速度在管道和输送流体中并不相同,在天然气中大约为300m/s、 。设置在泄漏点两端或泵站传感器拾取压力波信号,依据两端拾取压力波梯度特征和压力改变率时间差利用信号相关处理方法就可确定泄漏程度和泄漏位置。
1.3.4 瞬变流模型法
管道输送能力发生改变(流量改变)过程,在管内引发瞬变流动,产生瞬变压力和压力波传输。瞬变流模型法即是利用流体状态方程、 质量守恒、 动量守恒和能量守恒四大方程建立正确描述管内瞬变流动过程数学模型, 并经过计算机技术进行求解,再依据计算值和测量值偏差检测泄漏。
2 管道泄漏检测系统评价指标
引发管道事故原因有多个,只采取某一个预防手段不能处理全部问题。管道事故往往是突发性,这就要求泄漏检测系统不仅能够快速、 正确地发觉泄漏,确定泄漏位置,估量泄漏量,而且能够不间断地对整条管道进行监测。基于这一目,要求管道泄漏监测诊疗系统应含有下列基础特征:(1)正确可靠地诊疗泄漏故障位置;(2) 快速可靠汇报泄漏程度;( 3) 泄漏诊疗技术系统原理简单、 维护和操作方便。为确保输气管道安全性, 降低事故危害, 需要比较评价多种泄漏检测方法优劣,供用户选择参考。为了便于操作,可将上述泄漏诊疗系统特征 细分为以下十个指标进行综合考察:
(1) 灵敏性: 能检测到最小泄漏量。
(2) 定位精度: 能否正确指出泄漏点位置。
(3) 评定能力: 能否正确估量泄漏量大小, 即泄漏严重程度。
(4) 响应时间: 需要多长时间能检测出泄漏。
(5) 误报警率: 无泄漏发生时报警率是否较低。
(6) 连续性: 是否能连续监测整条管道。
(7) 适应性: 管道运行条件发生改变时, 检测能否正常进行。
(8) 操作性: 系统使用和维护是否简单、 易学。
(9) 安全性: 在检测过程中是否易引发介质燃烧、 爆炸事故。
(10) 费用: 投资金额和操作运行费用。
3 管道泄漏检测技术评价
依据上述指标评价体系,可对现在常见管道泄漏检测方法进行综合评价如表1所表示, 表中有“√”
表示该项性能指标好或很好, 空格为不好。
4 结论
依据上述比较表明,没有一个方法全部性能都好,尤其是虚假报警,除了生物方法和气体采样方法外,其它技术都存在共同问题,而生物方法和气体采样方法又不能对管线进行连续监测。
硬件方法优点是灵敏度高,响应快,定位精度高,抗干扰能力强,有较快检测速度,缺点是难以对长输管道进行连续检测。软件方法能连续监测管道,易于维护而且安装费用不高,但不能正确估量泄漏位置,对有操作改变管线不适用, 抗干扰能力弱。
通常因为管道昼夜连续运行, 泄漏危险随时存在,所以必需对管道进行不间断监测,为达成这一目,就要选择连续性泄漏检测系统。但通常依据实际情况选择两种以上方法,使之相辅相成,以取得理想检测效果。
参考文件
[1] Edward J.Farmer.管道泄漏检测新方法[J].国外油气储运.1992(5): 37- 39.
[2] 夏海波, 张来斌.夏海波.中国外油气管道泄漏检测技术发展现实状况[J].油气储运.(1): 1- 5.
[3] 李鹏举.被长久埋没管道自动检测法[J].国外油气储运.1993( 4) : 61- 63.
[4] 常景龙,李 铁.输气管道泄漏检测技术选择和优化[J].油气储运.(5): 9- 13